Apakah yang dimaksud dengan Mesin ?

Engine Principles
1 Training Material & Publication
Bagian 1.
Apakah yang dimaksud dengan Mesin ?
1. Apakah yang dimaksud dengan mesin ?
Pada buku ini akan dijelaskan mengenai mesin mobil, terutama mesin bensin. Apa yang
dimaksud dengan engine atau mesin, definisi engine sampai saat ini juga masih
membingungkan dan masih diperdebatkan. Namun konsep dasar engine adalah “ suatu benda
yang bisa menggerakan sesuatu dengan cara menghasilkan tenaga yang didapat dari alam
seperti api, angin atau benda elektrik menjadi energi mekanis secara terus menerus “.
Ada banyak jenis engine dan bekerja dengan cara yang berbeda. Berdasarkan pernyataan
diatas kita dapat mendefinisikan gasoline engine sebagai tempat pebakaran, atau dengan kata
lain engine adalah suatu benda yang dapat merubah panas dari hasil proses pembakaran
menjadi gaya mekanis yang digunakan untuk menggerakan kendaraan.
Bagaimanakah energi panas berubah menjadi energi mekanis ? sebagai contoh, botol atau pot
yang dipanaskan maka tutupnya akan bergerak dan menimbulkan suara bising.
Panas didapat dari gas atau energi listrik yang memanaskan air sehingga membuat air
mendidih dan uapnya mendorong tutup botol atau pot keatas.
Engine Principles
2 Training Material & Publication
Fuel
Combustion
Heat Generation
Air Expansion
Pressure Generation
Piston M ovement
Yang penting adalah gaya dorong tidak bearasal
dari energi panas, tetapi dari udara panas atau
penguapan akibat pemanasan.
Maka dari itu, dibutuhkan media untuk mengubah
asal energi didapat. Media ini adalah cairan dalam
terminologi teknis. Cairan yang bekerja pada
gasoline engine adalah udara masuk yang diambil
bersama dengan gasoline kedalam engine dan
kemudian terbakar dan keluar.
Cara kerja perubahan proses bahan bakar ke energi
mekanis akan dijelaskan sebagai berikut.
Pada proses ini, yang mengalami perubahan adalah udara.
Jika udara tidak mengalami perubahan maka perubahan
energi juga tidak akan terjadi.
Bayangkan perubahan yang terjadi pada gaya mekanis
menjadi gaya panas. Pada kendaraan, contoh yang paling
gampang adalah pada pengereman. Dasarnya, panas yang terjadi berasal dari gesekan antara
2 material. Kita dapat menghangatkan tangan kita dengan menggesekannya satu dengan yang
lainnya, maka perpindahan gaya (gesekan) dapat dengan mudah berubah menjadi gaya panas
(menghangatkan tangan). Dalam hal ini tidak terjadi perubahan bentuk, melainkan perubahan
gaya secara langsung menjadi panas. Pada dasarnya ketika energi panas diteruskan menjadi
energi mekanis, maka akan dibutuhkan perubahan kerja dengan menggunakan media untuk
Engine Principles
3 Training Material & Publication
memindahkan energi, sehingga akan banyak pula energi yang hilang. Oleh karena itulah yang
menjadi fakto utama pada engine adalah berapa banyak energi panas dapat dirubah menjadi
energi mekanis
2. Jenis jenis mesin
Mesin terdiri dari beberapa macam, mesin dapat dikelompokkan berdasarkan pada jumlah
cylinder, susunan cylinder, cara pemasangan dan yang lainnya. Seperti anda katahui, mesin
dapat menghasilkan gaya putar dengan cara menggerakan piston pada cylinder bergantian
sehingga kekuatan yang ditimbulkan tergantung pada banyaknya cylinder.
Karena itu maka mesin diklasifikasikan berdasarkan banyaknya cylinder. Pada kendaraan
penumpang diklasifikasikan menjadi kendaraan bercylinder 2, 3, 4, 5, 6, 8, and 12. Besarnya
volume tergantung dari jumlah cylinders.
Berdasarkan pada susunan cylindernya, ada tiga jenis yaitu jenis In-line dengan arah cylinder
yang berurutan, jenis V type dengan blok cylindernya berbentuk V (V-Shape) dan jenis
Horizontal dimana cylindernya disusun secara horizontal dan berlawanan satu sama yang
lainnya.
Berdasarkan cara pemasangannya di modil, mesin engine digolongkan menjadi dua jenis yang
pertama adalah jenis lengthwise dan breadthwise. Pada saat penyusunan engine searah
dengan panjang kendaraan disebut jenis lengthwise, dan ketika pemasangannya searah
dengan lebar kendaraan disebut jenis breadthwise.
Breadthwise type Lengthwise type
Sebagai contih pada kendaraan jenis FR letak engine terdapat pada bagian depan kendaraan
dan mengendalikan roda belakang menggunakan jenis engine lengthwise. Alasannya adalah
propeller shaftt yang memindahkan driving force ke roda belakang berputar melalui bawah
lantai. Pada kendaraan jenis FF, yang hampir dipakai pada kendaraan kecil, menggunakan
Engine Principles
4 Training Material & Publication
mesin yang berada pada posisi depan dan mengendalikan roda depan, jenis mesin yang
dipakai adalah breadthwise karena perputaran axis engine harus parallel dengan perputaran
axis roda. Pada kendaraan jenis FF mempunyai cylinder 6 buah, jika dipasang pada posisi
melebar, maka kendaraan juga akan lebar. Karena itu digunakan mesin dengan jenis V Engine.
Untuk mendapatkan design yang terbaik maka mesin harus mengkombinasikan antara
besarnya CC (displacement volume), jenis kendaraan, jenis susunan engine dan jenis
pemasangan engine.
3. Tata letak mesin
FF : Front Engine Front Drive
FR : Front Engine Rear Drive
MR : Midship Engine Rear Drive
RR : Rear Engine Rear Drive
Sangat memungkinkan sekali jika mesin dipasang dibagian depan kendaraan. Akan tetapi, tidak
semua kendaraan mesinnya dipasang di depan. Di tahun 1770, awalnya mobil yang dibuat
pada saat itui yaitu mobil uap Cugnot mesinnya ditempatkan di ujung depan body kendaraan.
Kemudian pada tahun 1885, untuk pertama kalinya ditemukan mobil menggunakan gasoline
engine, dimana engine pada mobil Daimler ini terletak dibawah tempat duduk dan di depan
roda belakang.
Engine Layout & Vehicle Features
Engine Principles
5 Training Material & Publication
Dalam sejarah, banyak sekali dilakukan penelitian untuk menemukan kondisi terbaik dimanakah
engine mesti diletakan. Pada tahaun 1891, di Prancis terdapat mobil berjenis FR (front engine
rear drive). Jenis FR adalah jenis kendaraan yang letak engine berada pada bagian depan
kendaraan dan mengendalikan roda belakang. Setelah itu, jenis ini menjadi acuan standar tata
letak engine. Hingga kini, kebanyakan kendaraan penumpang besar dan kendaraan sport
menggunakan jenis ini.
Karakter utama kendaran jenis FR adalah ruang cabin terletak pada bagian belakang,
pengontrolan pengendaliannya terletak pada roda depan dan daya dorongnya dilakukan oleh
roda belakang sehingga pengoperasian dan daya angkutnya terbagi sama pada bagian depan
dan belakang, performa laju kendaraan akan seimbang, penumpang lebih nyaman begitu juga
dengan getaran dan kebisingannya lebih sedikit dibanding dengan jenis yang lain.
Tata letak pada hampir semua kendaraan kecil, telah dikembangkan oleh dua perusahaan
besar selama kurang lebih seratus tahun. Yang pertama adalah Volkswagen pada tahun 1936
menggunakan engine yang terletak pada bagian belakang kendaraan dan mengontrol roda
belakang. Setelah perang dunia kedua, jenis ini menjadi rancangan dunia nomor satu untuk
jenis kendaraan penumpang dengan letak engine pada bagian belakang kendaraan dan
mengontrol roda belakang (RR). Yang kedua adalah Mini of England pada tahun 1959. Mini
menggunakan jenis front engine dan front drive (FF), tipe engine breadthwise pada bagian
depan untuk mengontrol roda depan. Pada saat ini, jenis ini dipakai pada kendaraan kecil
seperti sedan ukuran menengah.
Pada jenis mobil FF, engine dan alat pengendalian berada dibagian depan kendaraan sehingga
seharusnya tidak cocok untuk kendaraan yang titik beratnya berada pada bagian depan.
Kekurangan dari jenis ini adalah pengendaliannya yang agak susah, kelebihannya
mempunyai ruang dan bagasi yang cukup luas dan mempunyai kemanan yang lebih baik
dibandingkan dengan jenis yang lainnya. Oleh karena itu, jenis ini cocok jika dipakai untuk
Engine Principles
6 Training Material & Publication
mobil jenis utility car.
Sedangan jenis midship engine dan rear drive (MR) lebih mengutamakan performa dibanding
dengan kenyamanan penumpangnya sehingga banyak diaplikasikan untuk sports cars. Disebut
jenis Midship karena letak engine didepan roda belakang. Jika bagian utama engine terletak di
bagian belakang maka disebut rear engine type.
4. Gaya Expansive dan Inertia
Hampir seluruh mesin bensin komersial adalah Recipro-engines, kecuali jenis rotary engine
yang mempunyai cara kerja yang berbeda. Kata “Recipro” berasal dari “Reciprocating”. Yaitu
perpindahan mekanis secara bolak balik sehingga Recipro-engine adalah suatu alat yang
digunakan untuk merubah gerakan reciprocal menjadi gerakan rotational dengan menggunakan
crank pada alat yang mempunyai bentuk prominence dan depression.
Pada potongan gambar Recipro-engine terlihat bahwa piston reciprocal bergerak pada cylinder
di bagian atas dan terdapat crankshaft pada bagian bawah, piston dan crankshaft terhubung
menggunakan connecting rod.
Engine Principles
7 Training Material & Publication
Mesin bensin menggunakan udara sebagai media pengubah untuk mengubahkan energi panas
menjadi energi mekanis. Udara akan bercampur dengan kabut bensin di dalam cylinder. Ketika
campuran ini terkompresi oleh piston dan terbakar, kemudian gas ledakannya akan menekan
piston. Ledakan ini menghasilkan daya dorong yang mandorong piston untuk menjalankan
mobil.
Pada saat tersebut, selain ada gaya ekpansif juga terdapat gaya inertia yang perlu
dipertimbangkan. Gaya inertia ini agak aneh karena tidak dihasilkan dengan sengaja, tetapi
mengikuti gerakan bagian engine dengan sendirinya. Sehingga dapat berpengaruh terhadap
performa engine atau bisa sebagai sumber munculnya getaran dan noise.
Prinsip kerja pergerakan reciprocal pada piston, yaitu piston mulai bergerak dari posisi
berhentinya di posisi langkah paling atas (TMA), akan mencapai kecepatan maksimum pada
saat pertengahan langkah, Setelah itu, kecepatan akan berkurang dan berhenti pada titik
langkah paling bawah, dan kemudian kembali ke posisi paling atas lagi. Selama melakukan
pergerakan ini, gaya inertia akan terbentuk pada saat perubahan kecepatan terjadi. Sebagai
contoh, pada saat piston bergerak dari titik atas ke titik tengah, terdapat pertambahan gaya
inertia. Setelah itu gaya inertia berkurang saat piston bergerak dari langhak tengah ke titik
langkah bawah.
Ketika gaya inertia pada piston ini dipantulkan dengan yang lainnya maka, kemungkinan akan
terjadi getaran atau noise.
Engine Principles
8 Training Material & Publication
5. Reciprocal Engine
Recipro-Engines dibagi menjadi dua jenis, yaitu jenis 2-langkah (2 Tak) dan 4-langkah (4 tak).
Setelah dikembangkan oleh Daimler di Jerman pada tahun 1883, jenis mesin 4-langkah yang
dipakai sebagai standar untuk produknya, dan pada tahun 1900 digunakan pada hampir semua
merek kendaraan.
Prinsip kerja dari reciprocal engine adalah campuran udara dan gasoline diinjeksikan kedalam
cylinder, campuran ini akan dibakar menggunakan electric spark untuk meledakannya, gaya
pembakaran yang terjadi mendorong piston bergerak secara berulang ulang ( reciprocal ), dan
pergerakan ini diubah menjadi gerakan memutar oleh crankshaft.
Cara kerja mesin jenis 4-cycle (4 tak)
Cara kerjanya sama seperti yang disebutkan diatas. Ketika piston berada pada posisi atas,
intake valve membuka. Seiring dengan piston bergerak turun, campuran bahan bakar
diinjeksikan kedalam cylinder dan kemudian intake valve is closed [langkah hisap] Selanjutnya ,
piston akan bergerak keatas untuk mengkompresikan campuran gas tersebut [langkah
kompresi]. Kemudian, camporan bahan bakar dan udara yang terkompresi dibakar
menggunakan sistim pengapian electrik [langkah pembakaran]. Gas yang terbakar mempunyai
tekanan dan temperatur tinggi sehingga akan menekan piston bergerak turun. Pada saat ini,
exhaust valve akan membuka untuk membuang gas yang terbakar [Langkah buang]. Langkah
tersebut diatas akan terus diulang.
Diantara keempat langkah tersebut, hanya pada saat langkah pembakaranlah mesin dapat
menghasilkan tenaga. Maka dari itu dibutuhkan tambahan gaya untuk memasukan dan
mengeluarkan gas pada langkah hisap dan buang, dan untuk mengkompresikan campuran
bahan bakar pada langkah kompresi. Untuk mendapatkan tambahan gaya tersebut maka
dipasang flywheel pada crankshaft dengan memanfaatkan gaya inertia untuk menjaga
terjadinya gerakan memutar terus menerus.
Engine Principles
9 Training Material & Publication
Jenis engine 2-cycle ( 2 tak ) mempunya dua langkah. Cara kerja engine ini menggunakan
empat komponen seperti yang ada pada engine 4-cycle yaitu Kompresi, pembakaran dan
pembuangan.
Compression and Expansion
Exhaust and Intake
Prinsipnya sebelum dan sesudah piston berada pada titik atas, terjadi langkah compresi dan
pembakaran, dan juga sebelum dan sesudah piston mencapai titik bawah ekhaust dan intake
Engine Principles
10 Training Material & Publication
bekerja secara bersamaan. Sehingga, dengan dua langkah engine telah selesai melakukan
proses kerja dengan sempurna. Jenis engine 4-cycle ( 4 tak ) melakukan langkah pembakaran
sekali dalam dua putaran crankshaft, tetapi, pada engine 2-cycle ( 2 tak ) engine melakukan
langkah pembakaran pada tiap putaran crankshaft. Maka dari itu, engine dengan jenis 2-cycle
( 2 tak ) mempunyai effisiensi lebih tinggi.
Scavenging
Pada engine jenis 2 tak ini tidak mempunyai intake dan exhaust valves sehingga strukturnya
simpel dan biayanya murah, sehingga menjadi satu keuntungan.
Exhaust gas dikeluarkan dengan cara memasukan campuran baru saat posisi piston pada titik
bawah. Karena itu, beberapa campuran baru yang masuk kedalam intake dan yang belum
terbakar akan ikut keluar. Hal ini menyebabkan polusi udara dan konsumsi bahan bakar
menjadi lebih banyak.
6. Langkah Exhaust & Intake
Pada bab ini akan dejelaskan mengenai mesin jenis engine 4-cycle ( 4 tak ) mesin besin yang
banyak dipakai pada saat ini.
Untuk lebih dapat memudahkan dalam memahami mesin 4 tak ini, coba perhatikan gambar
dibawah ini yang memperlihatkan langkah intake, kompresi, pembakaran dan exhaust. Pada
diagram P-V menunjukan proses kerja engine.
Engine Principles
11 Training Material & Publication
Kalau dilihat nampak begitu rumit akan tetapi mudah dipahami jika mempelajarinya.
Indicator diagram diatas adalah sebuah grafik yang terdiri dari sumbu horisontal yang
menunjukan tekanan dari chamber dan sumbu vertical adalah volume dari chamber. Pada
ujung samping sebelah kiri grafik C dan F, posisi piston pada titik atas cylinder, dan pada ujung
samping sebelah kanan yaitu pada grafik G dan H, posisi piston berada pada titik bawah
cylinder.
Dengan membandingkan antara garis grafik dan 4 tak, garis A-B adalah langkah intake, garis
B-C adalah langkah kompresi, garis C-D adalah langkah pembakaran dan garis D-E adalah
langkah buang.
Pada dasarnya, perputaran langkah adalah dimulai dari langkah intake. Untuk memahami sistim
kerja engine, akan lebih mudah jika dimulai dari langkah exhaust. Untuk menghisap udara
sebanyak mungkin, engine juga menggunakan gaya dari gas yang keluar dari mesin melalui
lubang exhaust.
Langkah exhaust digunakan untuk mendorong gas yang terbakar keluar dari ruang bakar
dengan menggerakan piston dari posisi titik bawah ke titik atas bersamaan dengan membuka
exhaust valve. Pada dasarnya, exhaust valve akan membuka ketika piston berada pada titik
bawah.
Engine Principles
12 Training Material & Publication
Exhaust stroke
Bagaimanapun juga, sebenarnya, exhaust valve diharapkan membuka sebelum piston
mencapai posisi titik bawah. Seperti terlihat pada grafik titik D. Mengingat pada gaya tekan
yang berasal dari gas yang terbakar, akan lebih efektif jika membuka valve lebih maju untuk
membuang gas yang terbakar. Setelah itu, piston akan mendorong keluar gas tersebut semua
sampai langkah pembuangan.
Pada langkah hisap, intake valve terbuka, dan piston turun dari posisi titik atas ke posisi titik
bawah sehingga campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam cylinder melalui lubang
intake. Pada saat itu, intake valve seharusnya membuka tepat sebelum piston mencapai titik
paling atas seperti pada gambar titik E. Akibatnya, kerja intake menjadi bertambah dikarenakan
gas yang terdorong keluar akan menarik gas yang akan masuk.
Langkah Intake
Dengan pengertian yang sama, intake valve seharusnya menutup saat piston pada posisi B.
Sehingga, tambahan campuran gas masuk kedalam cylinder dengan menggunakan gaya
inertia dari gas yang masuk. Untuk memasukan udara kedalam mesin dilakukan dengan
memanfaatkan perbedaan tekanan udara. Saat piston turun, tekanan udara pada cylinder lebih
rendah dari tekanan diluar cylinder, sehingga udara disekitar intake valve masuk kedalam
cylinder. Waktu pembukaan valve berbeda dengan posisi langkah piston hal ini digunakan
untuk memasukan tambahan udara jika mungkin.
7. Langkah Compressi dan Pembakaran
Pada langkah kompresi, campuran bahan bakar terkompresikan oleh piston, sehingga tekanan
akan meningkat dan temperatur tinggi karena adanya tekanan adiabatic. Karena itu, bahan
Engine Principles
13 Training Material & Publication
bakar akan menguap karena adanya udara yang terkompresi sehingga panas, dan siap untuk
terbakar. Penginjeksian bahan bakar kedalam cylinder dalam bentuk kabut dengan udara
menguap menjadi gas karena panas yang berasal dari tekanan adiabatic. Kemudian siap untuk
terbakar dengan mudah. Ruang untuk melakukan pembakaran ini disebut combustion chamber.
Alasan mengapa pada saat musin dingin mesin susah untuk dihidupkan adalah karena bahan
bakar susah menguap. Untuk mengatasi masalah ini, ada satu cara yaitu dengan
mencampurkan lebih banyak bahan bakar dengan udara. Masalah yang lain adalah dibutuhkan
panas untuk menguapkan bahan bakar, sehingga temperatur pada ruang bakar menjadi kecil.
Akibatnya bahan bakar akan boros. Untuk mencegah agar bahan bakar tidak boros, maka
jumlah bahan bakar akan dikurangi. Prinsipnya yaitu meninggikan temperatur pada ruang bakar
sehingga mempercepat pembakaran dari pengapian sehingga disebut pembakaran tidak
normal.
Hal yang terpenting pada langkah hisap hingga langkah kompresi adalah aliran campuran
bahan bakar dan udara. Aliran yang terlalu besar tidak baik untuk proses pembakaran. Sekecil
apapun partikel dari bahan bakar harus dicampur dengan udara agar tercampur. Karena itu,
banyak perusahaan melakukan pencarian dan membuat bentuk dari lubang intake dan aliran
dari campuran bahan bakar sehingga kuat dan menjaga campuran tetap sesuai sampai langkah
pembakaran sehingga didapatkan efisiensi mesin yang terbaik.
Compression stroke
Engine Principles
14 Training Material & Publication
Proses langkah kompresi, piston mencapai titik atas. Ketika piston pada posisi titik C pada
gambar, api akan dihasilkan oleh spark plug. Saat yang tepat untuk menghasilkan api adalah
menjadi hal yang sangat penting. Campuran bahan bakar tidak semuanya terbakar saat
pengapian dimulai terjadi pada saat pembakaran. Dibutuhkan tenggang waktu antara waktu
pengapian dan waktu untuk mencapai tekanan maximum pada ruang bakar.
Combustion stroke
Waktu pengapian didasarkan dengan mempertimbangakan bahwa pembakaran harus
sempurna diantara piston pada titik atas hingga hampir separuh dari ruang bakar. Catatan,
kecepatan pembakaran ini sebanding dengan kecepatan putaran mesin sehingga waktu
pengapiannya harus disesuaikan dengan kecepatan mesin.
Diawal pembakaran, campuran uap bahan bakar terbakar pada waktu yang singkat sehingga
tekanan dan temperatur meningkat. Pada saat ini gas yang mengembang akibat pembakaran
menekan piston. Gaya tekan ini menghasilkan tenaga yang besar. Diharapkan jarak waktu
pembakaran singkat sehingga dapat menghasilkan kekuatan yang besar. Jika jarak
pembakarannya terlalu lama, maka tekanan yang dihasilkan dari pebakaran tidak bisa
mengendalikan tekanan pada piston tetapi hanya mengikuti piston. Karena itu eficiensi mesin
jelak. Waktu pembakaran dipengaruhi oleh aliran campuran tergantung pada bentuk dan
ukuran combustion chamber dan komponen campuran dan lain lain.
Engine Principles
15 Training Material & Publication
8. Konstruksi mesin.
Kontruksi mesin bensin cukup rumit dimana terdapat
bagian untuk melakukan kompresi, lihat gambar
disamping bagaimana konstruksi mesin.
Mesin serupa dengan bangunan tiga lantai, lantai
pertama adalah crank case termasuk crankshaft yang
merubah gerakan bolak balik menjadi gerakan
memutar. Lantai kedua adalah cylinder block termasuk
didalamnya terdapat cylinder yang mana terdapat
piston bergerak bolak balik. Bagian ketiga adalah
cylinder head.
Pada konstruksi ini, komponen yang bergerak pada
bagian pertama dan kedua disebut komponen
penggerak utama (main moving part). Termasuk
didalamnya piston, crankshaft dan connecting rod.
Pada bagian ketiga, terdapat valve yang mengontrol intake dan exhaust campuran bahan bakar
dan gas buang dan pengoperasiannya diatur oleh camshaft, disebut cylinder head system.
Pada cylinder head, terdapat intake manifold yang mengirimkan bensin dan dan udara ke
cylinder dan exhaust manifold yang mengeluarkan gas yang terbakar. Ini disebut
intake-exhaust system. Manifold berasal dari kata “many” dan “fold”, yang berarti, tersusun
oleh banyak material. Pada kenyataannya, terdapat banyak pipa pipa yang mendistribusikan
udara dan bahan bakar ke masing masing cylinder atau menggabungkan gas buang dalam satu
tempat.
Ada juga terdapat fuel system termasuk fuel pump yang mengambil bensin dari tangki bahan
bakar dan carburetor atau fuel injector untuk mencampur bahan bakar dengan udara.
Lubrication system termasuk oil pump untuk menyuplai oil dengan tujuan mengurangi
gesekan dan oil filter untuk menyaring oil. Juga terdapat cooling system termasuk radiator dan
water pump untuk menjaga temperatur mesin tetap sesuai.
Untuk menghidupkan mesin dibutuhkan tenaga listrik. Ada beberapa komponen kelistrikan
(electric devices) termasuk igniting spark plug, alternator yang menghasilkan tegangan listrik
dan start motor yang menggerakan mesin pertama kali.
Ditambah, komponen pembantu yang lain seperti oil pump untuk power steering air-con
compressor dan lainnya.
Engine Principles
16 Training Material & Publication
9. Diesel Engine
Mesin diesel mempunyai bentuk yang hampir sama dengan mesin bensin. Perbedaannya
adalah pada metode pengapiannya. Pada mesin gasoline pembakaran campuran bahan bakar
dilakukan oleh electric spark. Bedanya, pada mesin diesel, bahan bakar diinjeksikan kedalam
udara yang terkompresi dan mempunyai temperatur tinggi. Ketika udara dikompress maka
udara tersebut akan mengalami peningkatan suhu. Pada mesin bensin campuran bahan bakar
yang dikompress adalah 1/10 dari volume.
Engine Principles
17 Training Material & Publication
Pada mesin diesel udara yang dikompresi sekitar 1/20 dari volume untuk meningkatkan
temperatur hingga lebih dari 600 derajat celcius, dan menginjeksikan bahan bakar yang
bertekanan lebih dari 100 atm pada injection pump selama 1/1000•2/1000 detik. Untuk mesin
bensin outputnya dikontrol dengan jumlah campuran bahan bakar yang diinjeksikan. Di lain hal,
output dari mesin diesel dapat dikontrol dengan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan tanpa
mengontrol udara (the fixed amount of the air).
Untuk melakukan pembakaran dengan sempurna dilakukan dengan cara meningkatkan
temperartur udara, perbandingan compresinya harus naik. Karena itu tenaga expansinya akan
meningkat juga. Mesin harus kuat untuk menahan gaya yang bertambah. Tambahannya,
kualitas penginjeksian bahan bakar yang baik sangat diperlukan. Kemudian mesin akan lebih
berat dan biayanya juga mahal. Dengan alasan seperti tersebut diatas maka mesin diesel
kebanyakan digunakan untuk kendaraan penumpang.
Pada mesin diesel, dikarenakan volume udara yang dihisap kedalam cylinder jumlahnya tetap,
beban yang diberikan ke mesin relatif lebih ringan. Saat bahan bakar yang dibutuhkan saat
kecepatan rendah sedikit, fuel harus terbakar dengan sempurna. Bagaimanapun juga, dengan
beban yang penuh, mesin diesel akan membutuhkan fuel lebih banyak sehingga jumlah udara
kecil, sehingga akan mengeluarkan asap hitam lebih banyak.
Pada mesin bensin, pengapian dihasilkan oleh electric spark untuk membakar campuran bahan
bakar sehingga waktu pembakarannya sangat pendek. Pada mesin diesel, bahan bakar
disemprotkan ke udara yang terkompresi, sehingga dibutuhkan beberapa waktu untuk menguap.
Oleh karena itu, kecepatan maksimum mesin relatif lebih rendah dan outputnya juga lebih
rendah dari mesin bensin.
Dibandingkan dengan mesin bensin, expansion force dan inertia dari komponen penggerak
lebih besar sehingga suara yang ditimbulkannyapun lebih bising dan getarannya lebih besar.
Keuntungannya mudah dalam perawatan karena tidak mengandung part yang halus seperti
yang ada pada sistim pengapian dan juga mempunyai efisiensi bahan bakar yang baik maka
dari itu lebih banyak dipakai sebagai kendaraan commercial atau business daripada sebagai
kendaraan penumpang.
10. Internal Combustion & Motor
Gaya dorong dari mesin 4 tak, merupakan satu pembakaran dalam, berubah tergantung pada
RPM (Revolutions Per Minute) dari mesin dibandingkan dengan electric motor atau panas
mesin. Sehingga, sangat tidak mungkin untuk menjalankan dengan putaran rendah dari pada
Engine Principles
18 Training Material & Publication
nilai RPM tertentu. Karena itu jika dipakai untuk sebuah kendaraan harus dilengkapi dengan
clutch dan transmission.
Pada mesin 4-Tak, dengan menggunakan 4 langkah, membuat komponen bergerak dengan
memakar campuran bahan bakar pada cylinder. Hal ini berbeda dengan electric motor yang
digunakan pada electric vehicles yang hanya dapat distart dengan memberikan tenaga listrik.
Jika campurannbahan bakar tidak disuplai kedalam cylinder pada kondisi idle, mesin tidk dapat
bekarja terus. Untuk itu mesin harus dioperasikan secara terus menerus saat berhenti, juga
harus dilengkapi alat yang bisa menyambung dan memisahkan gaya gerak mesin ke roda
seperti clutch.
Pada dasarnya, kendaraan membutuhkan tenaga yang besar saat start atau accelerated, tetapi
saat berjalan pada kecepatan yang tetap, tidak dibutuhkan kekuatan besar. Pada motor, akan
duhasilkan tenaga yang kuat saat berputar pada RPM rendah. Dan saat RPM naik, outputnya
akan rendah. Karena itu, electric motor dapat diaplikasikan ke mesin pada kendaraan tanpa
adanya alat penyambung.
Bagaimanapun juga, untuk mesin bensin, tenaga yang dihasilkan tergantung pada RPM mesin.
Besarnya RPM terbatas dengan kecepatan tertentu. Sebagai contoh, RPM mesin adalah
sekitar 700•7000 RPM, dan RPM untuk mendapatkan maximum power (torque) sekitar 4000
RPM. Jadi ketika kendaraan melaju dengan kecepatan bervariasi, dibutuhkan pengontrol speed
dan power dari kendaraan dengan memasukan transmissi diantara engine dan wheels.
Pada penglihatan yang sederhana, motor mungkin mesin yang terbaik buat kendaraan. Hal
terpenting adalah fuel, sumber tenaga. Gasoline sangat mudah disimpan pada saat mesin
bekerja, tetapi sulit bagi motor untuk dapat menyimpan tenaga listrik dengan efektif.
Untuk membuat suatu mesin listrik, intinya adalah membuat sebuah battery yang mempunyai
eficiensi tinggi untuk pengisian kembali dan perawatan rechargeable battery dengan hasil yang
sama. Banyak perusahaan mencoba untuk membuat metode pemeliharaan rechargeable
batteries. Meskipun performa dasarnya sudah di buat pada field test, biaya pembuatannya
sangat tinggi. Karena itu, diberikan anjuran beberapa pola dan teknologi untuk digunakan.
11. Lean Burn Engine
Sistim penyaringan gas buang menggunakan 3way catalysts yang bersifat menjaga air-fuel
ratio terhadap valve seimbang untuk melakukan oksidasi dan pengurangan komponen yang
berbahaya sekaligus. Untuk itu, penyaringan gas buang akan terbatas, dan jumlah bahan bakar
yang digunakan untuk mesin ditentukan oleh kondisi mesin hidup. Karena itu, mesin tidak perlu
di kembangkan lagi untuk mendapatkan gaya tenaga lebih besar dengan jumlah bahan bakar
yang lebih sedikit.
Engine Principles
19 Training Material & Publication
Sistim pembakaran kurus, dirancang untuk meningkatkan efisiensi dengan penyaringan gas
buang yang baik. Untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar merupakan satu point yang baik di
masa depan. Pembakaran kurus ini merupakan juga satu hal yang menarik bagi masyarakat
yang memperhatikan teknologi.
Dengan A/F ratio yang tinggi akibat pengurangan gasoline pada campuran, apa yang terjadi
dengan tiga komponen yang membahayakan, carbon monoxide, hydrogen carbon, and nitrogen
oxide. Kandungan oksigen lebih banyak dari pada bahan bakar, sehingga jumlah carbon
monoxide akan lebih sedikit atau kebanyakan carbon monoxide akan berubah menjadi carbon
dioxide, gas berbahaya. Hydro carbon juga akan sepenuhnya terbakar dan berubah menjadi
carbon dioxide dan air. Sekarang kita fokuskan hanya pada hal terakhir, nitrogen oxide.
Jika A/F ratio tinggi, kemudian temperatur akan meningkat karena banyaknya oxygen dan
junlah nitrogen oxide akan meningkat. Pada kira kira 16 dari A/F ratio, nitrogen oxide akan
dimaksimalkan.Jika A/F ratio lebih tinggi dari 16, kemudian temperatur pembakaran menurun
akibatnya torque nya juga ikut turun. Jika A/F ratio melebihi ketinggian maksimum, pembakaran
tidak akan stabil, dan torque sangat tidak stabil, akhirnya pembakaran tidak akan terjadi
Sebuah perusahaan memfokuskan pada variasi torque berdasarkan pembakaran kurus.
Dengan menyesuaikan tekanan pembakaran pada cylinder yang dideteksi melalui combustion
pressure sensor, mesin dioperasikan dengan A/F ratio tepat sebelum terjadi variasi torque.
Maka dari itu, mereka bisa membuat mesin generasi selanjutnya dengan pembakaran kurus
yang mempunyai consumsi bahan bakar rendah dan sedikit nitrogen oxide. Pada sistem
tersebut, pembakaran kurus terjadi pada kondisi dimana jalannya rusak dan torquenya rendah.
Saat kendaraan diakselerasi pada beban tinggi, pembakaran terjadi sesuai dengan teori A/F
ratio dan gas buang disaring menggunakan 3way catalyst. Banyak perusahaan melanjutkan
penelitiannya untuk meningkatkan konsumsi bahan bakar dengan memfokuskan pada sistim
intake dan ruang bakar dengan rasio 16•20 A/F.
Banyak mesin bermunculan yang puas dengan pembakaran ini karena mempunyai sedikit
masalah dengan gas buang.